基于其他二维材料的光电探测器
正是由于石墨烯的出现，其他的2维材料才重获新生。这里还有数百种层状
材料，能在单层状态下保持稳定，其性能对于石墨烯是一定的补充。过渡金属氧
化物（TMOs）和过渡族金属二硫属化物（TMDs）都有层状的结构。
Mo光电探测器
大多数TMDs的性能已被研究过许多年，而生产二维薄膜的追求开始于Frindt
与Yoffe在1963年的开创性工作。自从1980年代单层Mo的结构和光学性能
就已被探究过的。
（a） （b）
图3.1 （a）2维晶体的能带图，其考虑了到小的肖特基势垒和偏压；（b）光电导探测器的
能带图，其考虑到了空穴陷阱
Mo有一个很大的1.3eV间接带隙，这在1维的Mo中却变成了一
个1.8eV直接带隙[77,78]。这改变了其光学性能，例如其吸收光谱和光致发光的特
性。[77]中，与大块的Mo相比，1维Mo的发冷光量子区域有1000倍
的增强。在1维Mo中光抽运控制的谷极化已被验证过，其极化过程持续时
间超过了1ns。
与典型的直接带隙的半导体相比，TMDs可以具有额外的光电优势，这是因
为它的机械柔韧性和简单的加工过程。大多的基于TMD s的光电探测器工作在偏
压下，像一个光电二极管或者光电导体（如图3.1（a）（b））一样。举个例子，
光电导的1维Mo探测器被发现有880A 的光响应频率（[80]；图3.2
（b）（d）)，但是有一个长的响应时间（约9s），还有GeTe探测器被报道有
=A 和6ms的响应时间。此外，通过变换层数来调整能
隙的能力可允许对不同波长的光的探测。这些器件的局限性——很大的暗电流和
低于1Hz的响应频率——被通过运用在1维W下可实现一个光电二极管的
pn结的分离门电极解决了。基于其他众多层状材料的光电材料，包括Mo
（=0.57A ），GaSe(=2.8A ),GaS(=19A
), (=3.95A ),黑磷和
W(=22μA )，它们都应经被报道过。在金属-TMD结上的
强PTE效应可以用于产生热能的应用上。
（a） （b）
（c） （d）
图3.2 （a）SLG/ W/SLG半导体异质结器件的示意图；（b）一维Mo光电探测器示意 图；
（c）SLG/ W/SLG半导体异质结器件在不同门电压下的I-V关系曲线；（d）有无光照下Mo
光电探测器光响应频率（（a）、（c）引自[79]，（b）、（d）引自[80]）
一个通过把Mo与石墨烯结合起来的新颖混合器件已被验证，其中
Mo层提供可见光的吸收和载流子的俘获，其室温下约为
5A ，其QE约为32%。其速度被限制在约1Hz，这是由于约1s
的俘获寿命。一种包含了一对被一窄隧道结分离的堆叠的SLG相关的器件，其显
示了很强的通道电导率的光选性和宽频带之外的（可见光到MIR）光响应特性
（＞1A ，在MIR中）。新晶体管基于被六方氮化硼分隔的两层
石墨烯电极之间垂直输送的机制上，Mo或 W层都已被报道（如图
3.2（a）（b））。同样的混合器件显示出潜在的光电探测器的性能（约为
0.1A ，EQE约为30%）。在这些器件当中，石墨烯层被用来当做功函数
可调的电极，而强光相互作用和光子俘获的TMD被用作光敏材料。
SnS纳米带探测器
SnS可固体化、薄膜化、廉价、无毒、有很好的环境相容性，因此成为太阳
能电池吸收层材料的最佳选择[81-89]。
图3.3 （a） SnS光电探测器的结构示意图，插图是SnS纳米带的SEM；（b）SnS纳米带中
的光生载流子产生；（c）在有/无光照情况下的电流密度-电压曲线；（d） SnS纳米带和颗粒
在瞬态光照下的电流密度随时间的变化曲线（引自[90]）
SnS纳米薄膜的载流子浓度约为-，电导率较低为–
s ，载流子迁移率较低约为10-。
陈等人通过多元醇回流作用合成的硫化锡（SnS）纳米带，具有10-20纳米的
厚度和几个微米的长度，通过把SnS纳米带组装成光电传导器件测试了纳米带的
光电导性能，如图3.3（a）（b）。在AM 1.5 G 光照下发现其具有出色的光敏性，
快速的响应和恢复时间的特点，和稳定的开/关循环性能，计算发现平均光电流
密度约87 A ，光响应度约为0.87 mA ，图3.3（c）（d）。
表 性能常数
参考 描述 响应度 探测器类型 带宽 波长
IQE（%） EQE
（%）
18,19 石墨烯-金属结 6.1mA 光电流（PV/PTE） >40GHz 可见光，近红外 10 0.5
30,37,52 石墨烯p-n结 10m A 光电流（PTE） 可见光 35 2.5
20-22 集成波导管石墨烯 0.13 A 光电流（PV/PTE） >20GHz 1.3-2.75μm 10 10
90 石墨烯-硅异质结 0.435A 肖特基光电二极管 1kHz 0.2-1μm 65
31 室温偏压下的石墨烯 0.2m A 测辐射热 可见光，红外
94 低温下双通道双层石墨烯 V 测辐射热 >1GHz 10μm
105 混合石墨烯-量子点 A 光电晶体管 100Hz 0.3-2μm 50 25
63 有THz触角的石墨烯 1.2V 过阻尼等离子体波 1,000μm
120 有交叉触角的石墨烯 5n A 光伏和光诱导光电二极管i 20GHz 2.5THz
147,148 石墨烯-TMD-石墨烯异质结构 0.1 A 垂直光电二极管 <650nm 30
130 偏压下的Mo 880 A 光电导体 0.1Hz <700nm
143 石墨烯双层异质结构 >1 A 光电晶体管 1Hz 0.5-3.2μm
7,8,134 Wp-n结 16m A p-n光电晶体管 <750nm 60 3
136 GaS纳米带 19.1 A 光电导体 >10Hz 0.25-0.5μm